广西百矿铝业有限公司 设备管理科 广西 533617
摘要：随着电子科学技术的不断发展与创新，使得电气设备广泛应用于各类工业生产领域当中。与此同时，随着可编程控制器（PLC）技术的发展，在当前电气控制中已经获得了普遍的应用。因此，为了可编程控制器得以在电气控制得到更为广泛且有效的应用，本文将首先对可编程控制器进行概述，并对其特点进行分析，随后对PLC在电气控制中的应用情况进行分析，最后对PLC技术在电气自动化中的发展趋势进行探究。
关键词：电气控制；可编程；控制器；应用研究
引言
作为一种通用的控制器，可编程控制器可以通过计算机将预先设定好的程序输入至其中央处理单元，从而实现对电气设备的自动控制功能。目前，在机械、通信、计算机以及自动化控制等技术的带动下，可编程控制器技术获得了长足的进步，并且在工业生产领域获得了广泛的应用且具有不错的应用效果。此外，可编程控制器因为相关配套产品的价格降低而使其更具价格优势，从而为可编程控制器的发展打下坚实的基础。
一、概述
为了发展工业控制，可编程控制器（Programmable Controller）作为计算机技术发展的产物，在当前工业控制领域获得了广泛的发展。其中，可编程控制器在发展初期可称之为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称 PLC，并且其作为继电器的替代品来完成相关的逻辑控制工作。然而，随着PLC技术的不断创新与发展，其功能已经大幅度超过逻辑控制的范畴，并且功能更向着多样性的方向发展。
在可编程控制器（以下将简称PLC）当中，I/O模块、中央处理器模块、存储介质以及电源供应模块是其重要组成部分。此外，在相关传感器的帮助下，使得PLC可以根据相关指令完成数据信息的分析与处理，最终在执行器将信息运算处理结果进行反馈，从而完成相关控制任务。与此同时，可编程控制器在实际工作过程中，CPU模块是相关程序得以运行的基础，其结构简图如下图所示。
图1 PLC结构示意图
二、PLC技术的特点分析与优势对比
1、PLC技术的特点分析
PLC技术的优势主要体现在以下几个方面，即：（1）编程与操作更加方便、简单。相关操作人员只需要通过逻辑图、梯形图或其他有关的语句等程序语言便可以对PLC进行相应的操作与控制。此外，PLC系统具有极强的灵活性与开放性，对突发的故障问题可以及时采取措施进行处理与调试。其中，党对系统程序进行优化与修改时，可以保证相关硬件设备在不拆卸的前提下完成相应的控制方案变更的操作。（2）具有更加灵活的结构。在电气自动化控制系统当中，PLC所采用的是开关控制措施，同时上位机与PLC组成了一个相对复杂的系统，以便对系统进行全面的自动化控制。（3）更具可靠性与安全性。在电气自动化控制系统当中应用PLC技术可以满足各种工况的要求，并且即便工况比较恶劣，PLC技术均可有效的开展相关控制工作。
2、可编程控制器在电气控制过程中的应用范围和优势对比
下表是将普通的开关控制与继电器控制、单片机空盒子以及可编程控制器控制器的优劣对比情况如表1所示。
表1 可编程控制器控制器的优劣对比情况
三、PLC在电气控制中的应用
1、顺序控制
顺序控制与开关量控制是目前火力发电系统当中辅助操作系统的两种工艺流程。与此同时，随着我国经济发展的持续加快，全社会对于环保意识逐渐增强，所以为实现电气行业的节能降耗的发展目标，各大工业生产企业对于其电气系统的自动化控制程度均有着相当高的要求。目前，继电控制器已经被PLC控制系统所取代，并且PLC控制系统可以对某一条工艺流程进行独立的控制，从而更具效率的协调全厂内的相关生产工作。
1.1 输煤自控系统
下列三项因素将决定输煤自动控制系统的好坏：首先是生产过程中是否具备良好的安全性，其次是能否提升整个生产车间的工作效率，最后则是能否为生产工人营造良好的工作坏境，确保其身体健康。其中，人力控制系统与弱电控制输煤系统已经在大部分煤电厂当中所淘汰，并且均采用PLC技术来对输煤系统进行控制。其中，电厂的输煤系统有四大部分所构成，即：储煤系统、配煤字系统、上煤子系统与卸煤系统。输煤控制系统当中的分层网络结构可以分为主站层、IO站层与传感器层。主站层的结构通常有以下几部分组成：PLC（可编程控制器）与人机交互接口设备。其中，双机热备配置是PLC中央处理器所常用的配置形式，而通讯模件的配置模式为冗余式，并且可以在输煤集控楼中将主站层中的所有设备进行集中安置。远程IO站层的设备与主站层控制机之间的连接需要通过光纤来实现，并且信息交流通过输煤传感器与二次控制电缆来实现。输煤自动系统的控制模式采用控制室集中控制，并且在控制室中设置紧急拉线开关检修启停按钮，通过PLC程序来完成控制室当中的各种控制操作，而辅助控制手段则以带有连锁或者解除连锁手动控制来实现。因此，通过电脑显示器，相关操作人员可以较为效率的完成输煤设备的监控，极大的改善工作人员的工作条件，并且易于提升控制效率。
1.2 工厂除灰系统
随着全社会对于环境保护意识的逐渐增强，并且国家所出台的环保政策与法律越来越严厉，使得相关发电企业对于环境保护的重视程度逐步加大，并且加大力度研发环保与废物再利用技术。其中，为了对粉煤灰进行有效的再利用，各大发电企业已经开始广泛使用气力除灰系统。继电器逻辑电路顺序控制是传统起立除灰系统中的主要控制形式，而随着PLC技术的快速发展，传统继电控制已经逐步被以可编程逻辑控制器PLC为主的核心控制系统所取代。作为除灰系统当中的主要核心控制部分，PLC控制系统的控制对象主要包含有气化风机、送风机、加热器、仓泵、收灰风机、卸灰装置、管道压力仪表以及布袋除尘器等，所以其输入输出控制结构就显得尤为繁琐且复杂。在除灰系统当中，PLC控制系统主要由仪表、PLC、传感器以及主控柜等电气设备所构成，并且其网络结构可以划分为两部分，即：操作员站与下位机控制器。此外，由于电厂对除灰系统的安全性与可靠性有着较高的要求，所以其控制系统普遍选择PLC双机热备模式。此外，为了便于对PLC系统中的软件进行修改，提升程序的可读性，降低程序的调试难度，PLC软件的架构通常按照模块化进行设计，并且整个系统中的程序由众多功能模块与主程序模块所构成。最后，通过操作员站完成电厂除灰系统的自动控制工作。
2、闭环控制
压力、流量、温度以及速度等模拟量是电气系统控制中主要的变量参数，并且需要对上述参数的变化情况进行实时监控。在闭环控制方面，早先的PLC控制系统并不存在技术优势，而随着PLC技术的不断发展，闭环控制功能已经逐步趋于成熟与可靠。与此同时，相关生产厂家在生产制造PLC模块时均可以为其配备闭环控制指令，以便其更为方便的进行闭环控制。此外，由于PLC当中的模块已经在出厂前配置相关控制程序，所以用户仅需要在使用前设置相关常用的参数后便可。因此，通过在模块中集成闭环控制指令，使得PLC更加方便且经济的完成闭环控制。
2.1油泵、水泵电动机
目前，存在众多方式来启动发电机厂中的调速器油泵，例如，自动启动方式以及机旁屏启动方式等，并且每台控制器均可以完成自动运行的操作。此外，每台调速器油泵的累计工作时间均可以自动记录，并且将会在下次启动时优先选择累计工作时间最短泵为主泵，而其它泵可做备用泵使用。与此同时，主泵在调速器压油罐压力出现降低后便会自动启动，而备用泵在压力降低至某一范围后便会相继启动，以便完成压油罐的加油工作。其中，如果采用现场控制箱手动启动方式，则首先将“手动调速器”启动方式在机旁屏上进行设置，随后便可在控制箱上通过按钮完成启动与停止作业，以便调速器的油泵得以启动。另外，通过使用PLC技术可以自动根据工作时间长短来选择主泵，待重新启动PLC程序后，程序将默认主用泵。PLC控制系统会直接输出2台油泵的优先启动权以此选择继电器，PLC输出启动油泵的命令后，会选择最优先启动的继电器。PLC控制油泵分为自动控制和常规控制，两者互相合作。常规回路可以作为整个PLC控制系统的辅助补充，是整个油泵控制系统的安全回路。所以现实情况中即便PLC出现技术故障，调速油的供给也不会突然中断，确保了所有机组运行的稳定性。
2.2 发电机调速。
水利发电机组能否可靠工作需要依靠水轮机调速器来实现，并且其对整个机组运行的稳定性有着直接影响。其中，机械液压型调速器、电气液压型调速器以及微机调速器是调速机发展的三个主要阶段。与此同时，下列三个部分是组成PLC调速器控制系统的关键，即：电液执行单元、电子调节单元与转速测量单元。PLC调速器控制系统可以有效控制与驱动测量转速、导水机构以及调节规律等功能单元的工作，并且更具可靠性。
3、开关量控制
目前，机械触电继电器已经由PLC控制系统当中的各种辅助继电器所取代，并且可以认为内部各继电器节点变位的时间近似等于零。它运行的时候只需考虑其在0-1的状态就可以，传统的继电器则需要返回一定的系数，所以用它作为开关量控制非常适合。
3.1 断路控制器
先前的火电系统内部大多使用电磁型继电器作为主要的控制元件，而PLC控制系统则安装了大量的电磁元件，但自身拥有大量的触点，这使得系统可靠性大幅度降低，且接线也很复杂维修困难。近年来PLC大量代替实物原件，大大提高了可靠性和安全性。运行人员只需学会分合闸操作，操作过程中根据系统给出的指示信号执行下一步的操作，能在系统出现故障时自动分闸，并给出相应的信号指示即可。PLC能够大大简化二次接线，每个线路都有各自的公共端且接线过程中不易发生错误，无需配置相应的专门闪光电源，只要能够符合要求，进行简单的接线便可以满足相应的要求。而且PLC控制系统可以简化相应的辅助开关数目，实现多台断路控制器之间的控制，集中显示信号，减轻工作人员间的维护和检修工作难度和工作量。
3.2 自动切换
为了提升发电企业的经济，保证供电的可靠性就显得尤为重要，从而使得备用电源逐步应用于发电企业当中。起初，备用电源均采用手动或者自动供回电线路进行控制，尽管该操作流程具有时间短的优点，但是难以满足连续供电用户的要求。为此，在发电装置中引入PLC构成的备用电源，其不同工况下的工作方式可以通过事先设定好的程序得以实现，并且电源启动与关闭可以根据设备工作过程中所输送出的信号加以判断。此外，由于PLC控制系统可以自主完成数据处理与逻辑判断等工作，所以其可以用作备用电源来完成自动操作，并且其可以根据整个系统的工作情况来完成各种相应操作。另外，该系统具有可靠性高，防干扰能力强、操作简单等优点。通过实践证明，用PLC作为备用电源投入到控制系统是一种较为可靠且经济运行方式，极大提高了设备的自投功能的供电稳定度，明显改善了运行效果。
四、PLC技术在电气自动化中的发展趋势
1、提升PLC技术的可靠性与抗干扰性。
倘若电气自动化生产环境条件过于恶劣或现场电磁干扰突出强烈，则可能进一步造成PLC控制系统在运算或控制过程中产生偏差管理现象，并导致某些重要生产环节出现错误，无法保证工业生产的秩序化开展。因此有效提升PLC系统的可靠性与抗干扰性是其未来发展的科学方向，我们不仅应切实提升系统在恶劣环境及电磁信号密集环境的抗干扰能力，同时还应在设计环节、安装及使用进程中强化重视，尽量减少各类易对系统产生负面影响的不良因素滋生。
2、促进PLC技术向网络化、数字化发展模式不断迈进。
随着电气自动化控制系统中DCS技术应用、研发水平的日益成熟，其可提升的空间越来越有限，后续的发展力量体现出后劲不足的停滞状态，而PLC技术的产生与科学发展则令其与DCS技术充分融合，两者互相吸收了彼此的优势特点，并逐步合理同化，创新发展成为一种全新的控制系统，即FCS控制系统。
结语：PLC 技术因其自身特点和优势，能够很好的应用在电气工程的自动化控制系统中，既能有效的提高生产效率，又能提高经济效益。要通过不断的研究，减少PLC技术的缺点，不断发挥其优点，从而在电气工程自动化控制中继续深入而灵活的运用 PLC技术，推动相关设备产品的不断研究和使用。
参考文献：
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[3]张岩峰.西门子PLC在电气控制中的应用[J].科技风.2013（05）
论文作者:黄立忠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/9
标签：控制系统论文; 调速器论文; 系统论文; 技术论文; 可编程控制器论文; 继电器论文; 控制器论文; 《基层建设》2017年第33期论文;